自动化科学与技术学科

自动化科学与技术学科的内容、地位与体系东南大学戴先中报告告内内容容一．研究究的背景景——开展展研究的的重要性性二．对自自动化的的认识——发展展自动化化的重要要性三．对自自动化学学科的认认识——发展展自动化化学科的的重要性性四．对自自动化专专业的认认识——发展展自动化化专业的的重要性性一．研究究的背景景有一系列难难回答的的问题！！如：1）在工工业化、、信息化化中，自动化的的位置在在哪？2）自动动化学科科要解决决的科学学问题是是什么？？过去很清清楚，现现在说不不清了？？3）自动动化学科科涉及范范围那么么广，如何有效效开展研研究？4）自动动化学科科与信息息学科的的关系，，是包容、、还是相相对独立立？5）我国国的自动动化专业业有无特特色，发展前景景如何？？二．对对自动化化的认识识自动化与与工业化化的关系系工业化特特点：专专指工业业，尤其其是制造造业工业化发发展三阶阶段：机械化（（大规模模使用机机器系统统）电气化（（加入电电机、电电网络））自动化（加入自自动控制制器）实现自动动化，就就完成工工业化目前来说说：自动化是是工业化化的最重重要标志志（国内总总体来说说，已机机械化、、电气化化）自动化与与信息化化的关系系信息化特特点：不不单指工工业，包包含第一一、三产产业仅从工业业的角度度，信息化发发展也可可分三阶阶段：一定在工工业化的的基础上上计算机化化（大规规模使用用数字计计算机））网络化（（实现计计算机网网络）先进自动动化（综合集集成了系系统、管管理）实现先进进自动化化，就完完成（工工业）信信息化先进自动动化是信信息化的的最重要要标志（国内总总体，数数字化、、网络化化已有一一定规模模）机械化（（应用机机器系统统）电气化（（加入电电机、网网络）自动化（加入自自动控制制器）计算机化化（应用用数字计计算机））网络化（（实现计计算机网网络）先进自动动化（系统、、管理））智能化（（引入智智能）知识化（（处理知知识）工业化信息化知识化社会会总总发发展展（基础））自动化化（核心心是控制）是工业化完完成与否否的标志志自动化技技术是工工业化的的核心技技术先进自动动化（核核心是信息、控控制、系系统）是信息化完完成与否否的标志志先进自动动化技术术是信息息化的核核心技术术三．对自动化科科学与技技术学科科的认识识自动化科科学解决什么么科学问问题？自动化技技术研究什么么针对技技术？传统意义义上如何？当前又如何？传统意义义上，自自动化科科学研究的焦焦点——系统统的物理学特特性需要解决决的基本本问题——给定定值控制制问题、、跟踪问问题和自自主问题题其基本科学学问题——建模模问题、、稳定性性问题、、动态特特性问题题适应性（（鲁棒性性）问题题和自主主性问题题自动化技技术研究的针针对性工工程应用用技术——模型型技术、、检测技技术、执执行技术术、控制（计计算）技技术。当前自动化科科学与技技术焦点和难难点在哪哪？自动化科科学与技技术的发展特点点之一最初———处理系系统的物理特性性，基础自动动化，物质、能能量当前———处理系系统的复杂性，先进自动动化，主要是是信息检测、计计算、通通信、执执行和复复杂性技技术成本本/性能能曲线当前，自自动化科科学研究究的焦点点和难点点——系统的复复杂性，需要解决决的基本本问题或或基本科科学问题题——复杂杂系统的的建模问问题综合集成成问题（（包括人人）整体优化化问题、、失效容容错问题题和系统智智能问题题自动化技技术主要要包括——模型型技术、、仿真技技术、集集成技术术、优化技术术、可靠靠性技术术和运行行技术。。三对对自动化学学科的认认识（续续）自动化学学科与信信息学科科的关系自动化科科学与信信息科学学同根、、同源信息科学学的基础础《信息论论》与《《控制论论》、《《系统论论》自动化科科学的基基础《控制论论》、《《系统论论》与《《信息论论》自动化技技术涉及及到信息息技术的的全部注意两点点：1）自动动化科学学与信息息科学的的同根、、同源，，自动化化技术涉涉及到信信息技术术的全部部，并不隐含含着：自动化技技术可替替代信息息技术2）我国国国家自自然科学学基金，，将自动化科科学划归信息科学学部。并不隐含含着：信息技术术包含了了自动化化技术自动化技技术的重重点是在信息的控制应用用上自动化技技术的作作用是如何有有效地利用信息来促进能量与物物质的有效利利用。对自动化学学科的认认识（续续）自动化科科学与技技术学科科的研究究层次为什么要要分自动化学学科的研研究层次次？自动化科科学技术术包含面面太宽——多学学科交叉叉难以从最基础础的理论论到最实实际的具具体工程程应用都面面俱到到地、均均衡地去去研究或或学习。应该确保科学学与技术术（工程程）不分分家的前前提分层次的的、有重重点的去去研究与与学习如何分自动化学学科的研研究层次次？根据被控制的对象的的不同物理理、数学学形态自动化学学科研究究可分为为三个不同同层次：1）模型的控控制，突出学学科的数数学特征征；2）信息的控控制，突出学学科的信信息特征征；3）实体的控控制，突出学学科的工工程特征征。实体的控控制——工程程中具体对象象（实际际设备））的控制制最基本、、最实在在的控制最充分地地体现了了自动化化科学技技术的作作用是如如何有效效地利用信息息来促进能量量与物质质（如能源源、材料料和环境境资源、、人力资资源等））的有效利用用。实体的控控制的特特点是：1）工程特征征，明显的的使能特特性与对对象依赖赖性；2）桥梁特性性，信息与与能量、、物质之之间的桥桥梁；3）交叉特征征，与其它它工程学学科密切切交叉。。信息的控控制“控制论论”对控控制的定定义:这门新学学科的一一个非常常突出的的特点就就是完全不考考虑能量量、热量量和效率率等因素素，可是在在其他各各门自然然科学中中这些因因素是非非常重要要的。控控制论所所讨论的的主要问问题是一一个系统统的各个个不同部部分之间间的相互互作用的的定性性性质以及及整个系系统的总总的运动动状态。。控制论的的着眼点点:信息与控控制，或说信息的控控制。信息的控控制的特点：1）信息息特征。。重点研究究信息，是信息科科学技术术的重要要部分；；2）系统统特征。。从系统的的观点研研究信息息的控制制通过“综综合”与与“集成成”解解决信息息的控制制3）渗透与扩扩散特性性。解决带有有一定普普遍性或或共性的的对象的的信息控控制问题题，目的又又是为了了改造世世界，因因而有强强的渗透透与扩散散特性、、广阔的的应用范范围。模型的控控制面向控制制的模型型与一般般模型的的不同::*描描述子系系统间的的交互作作用的方方法不同同，要求求反映出出系统的的基本输输入/输输出特性性以及噪噪声抑制制能力和和互联稳稳定性；；*在在输入//输出特特性的框框架下，，比较容容易将一一个高逼逼真度的的复杂模模型降阶阶成为低低逼真度度的简单单模型，，从而为为复杂互互连系统统的控制制设计打打下基础础。对自动化化学科的的理论研研究来说说，与其其它学科科的交叉叉更多地地就体现现在系统统建模中中。模型的控控制的特点：1)抽象特征征。模型型提炼，，使具有有普适性性。对实际的的复杂互互连系统统进行模模型化，，进行加加工、改改造，使使更抽象象、具有有普适性性；2)数学特征征。坚实实的数学学基础。。许多新的的数学方方法都是是先用在在自动化化学科之之后再用用于其它它技术学学科的。。3)理论特征征。研究究与自动动化有关关的原理理性问题题、提出出具有普普适性的的新的控控制理论论与方法法。“模型的控控制”—无电基础研究究“信息的控控制”—弱电应用基础础研究（信息学学部）“实体的控控制”—强电应用基础础研究（工程学学部）不同控制之间的区区别与联联系抽象，基基础科学学具体，实实际工程程自然科学学基金模型的控控制—无电信息的控控制—弱电

实体的控控制—强电

自动化科科学基础研究究（973）自动化技技术高技术研研究（863））抽象，基基础科学学具体，实实际工程程不同控制之间的区区别与联联系（续续）四对对自动化专专业的认认识*自动化专专业的知识体系系；*自动化专专业的课程体系系；*自动化专专业的特点；*自动化专专业的发展前景景。基本的负负反馈闭闭环控制制结构自动化专专业的知知识体系系由三层知知识构成成，包括括八个知知识领域域反映自动动化专业业特点的的五个知知识领域域控制与智智能、传传感与检检测执行与驱驱动、模模型与仿仿真系统与工工程；自动化专专业知识识体系的的核心知知识是控制与智智能、模模型与仿仿真系统与工工程等三个知知识领域域也是自动动化专业业与其它它专业的的最大区区别。四对对自动化专专业的认认识（续续）自动化专专业的课课程体系系自动化专专业的不同课程程体系对应学科科不同的的研究层层次适应不同同院校、、不同专专业设置置：1）“模型的控控制”类课程程体系，，适合理理科院校校；2）“信息的控控制”类课程程体系，，适合重重点工科科院校——通识识自动化化3)“实体的控控制”类课程程体系，，适合一一般工科科院校——“专专业”自自动化，，如：商商业自动动化化工自动动化、建建筑自动动化。设置不同同类型的的课程体体系,有利于吸吸引更多多的人来来学习自自动化、、掌握自自动化、、从而投投身自动动化事业业，更有有利于学学科与专专业的发发展。四对对自动化专专业的认认识（续续）自动化专专业的特点自动化学学科的特点一门多学学科交叉叉的高技技术学科科自动化应应用的特点宽、广，，几乎无无所不包包，并且，伴伴随其它它技术发发展，越越来越广广学自动化专专业的特点需要学的的知识多多，并要要求扎实实在学工的的学生中中，学自自动化需需要的数数学知识识最多学自动化化学习的的计算机机仅次于于计算机机专业自动化专专业的特特点———从培养学学生角度度：1）多学科交交叉、内内涵丰富富、外延延宽广。利于培培养宽口口径、多多面手、、综合复复合型人人才；2）得益益于具有有方法论论性质的的科学方法法、科学学思想的熏陶，，思想更更开阔、、也更有有深度。。非常利利于培养养具有创创新能力力的人才才；3）特别需要要从工程实实际问题题中抽象象出系统统问题的的分析与与综合能能力，特别需需要综合集成成解决系系统问题题的能力力。有利于培培养“将将才”与与“帅才才”。三．自动动化的特特点及与与其他学学科的关关系自动化专专业的特特点——从专业发发展角度度：①符符合合厚基础、、宽口径径专业设立立的要求求；②符